一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法与流程

一种激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法
技术领域
1.本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法。


背景技术：

2.05cr17ni4cu4nb是一种马氏体沉淀、硬化不锈钢，由于其具有高强度、硬度和抗氧化性能等特性，该材料主要用于制造400℃以下工作的高强耐腐蚀部件，制造飞机、导弹发动机的紧固件、阀门部件等。但传统制造工艺主要由铸造/锻造、机械加工工艺制造，制造周期长，并且受工艺本身的限制，复杂异形结构零件制造困难。
3.激光选区熔化是一种金属件直接成形方法，是快速成形技术的最新发展。该技术突破了传统加工方法去除成形的概念，采用添加材料的方法成形零件，大大减少了材料去除的浪费问题；成形过程不受零件复杂程度的限制，因而具有很大的柔性，适合各种复杂形状零件的制造，尤其适合内部有复杂异形结构(如空腔)、用传统方法无法制造的复杂零件。此外，该技术无需任何专用工装和工具，直接根据数模即可将复杂形状的零件制造出来。一般来说，采用激光选区熔化快速成形技术，零件的制造时间和成本约为传统制造技术的30％
‑
50％。因此，本发明提供一种激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服传统锻造/铸造、机械加工工艺制造周期长、刀具成本高、复杂异形结构零件制造困难等问题。提供一种激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法，实现该材料引气管的快速成形与直接制造，机械加工少。本发明制造的激光选区熔化成形零件力学性能优良、致密度高、内部质量好、性能稳定。
5.本发明所采用的技术方案是：一种激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法，包括如下步骤：
6.(1)称量05cr17ni4cu4nb不锈钢原料粉末，粉末各组分的质量分数为：ni 3.0％
‑
5.0％；cu 3.0％
‑
5.0％；cr 15.0％
‑
17.5％；nb 0.15％
‑
0.45％，c≤0.07％；si≤1.0％；mn≤1.0％；p≤0.035％；s≤0.025％，余量为fe；
7.(2)建立05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的三维模型，对三维模型进行切片后，将切片文件导入激光选区熔化设备；
8.(3)对原料粉末进行引气管的激光选区熔化成形，再经热处理后即得05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管。
9.进一步地，所述步骤(1)原料粉末粒径范围为15μm
‑
53μm，粉末的空心粉含量不多于1％。
10.进一步地，所述步骤(2)中切片厚度为20
‑
40μm。
11.进一步地，所述步骤(3)中激光选区熔化成形参数为：光斑直径100
‑
120μm，激光功
率260
‑
280w，扫描速度800
‑
1000mm/s，铺粉层厚20
‑
40μm，相位角67
°
，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行。
12.进一步地，所述步骤(3)热处理包括固溶和时效处理，固溶处理方法为：温度控制为1000
‑
1100℃，保温1
‑
3h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理方法为：温度控制为450
‑
550℃，保温1
‑
4h，再氩气冷却至室温。
13.进一步地，所述步骤(3)进行热处理前需要采用压缩空气清理成形零件表面上的粉末。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
15.(1)本发明中成形后的不锈钢基体经固溶处理后组织转变为马氏体，再经时效处理，马氏体基体沉淀出富铜相，强度进一步提高，进而得到性能良好的05cr17ni4cu4nb不锈钢构件，通过对金相组织进行观察，激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢构件内部组织控制良好，无未熔合及裂纹等缺陷，并且横向和纵向力学性能无明显差异；
16.(2)本发明提出的激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb材料引气管的方法，制造时间短，机械加工少，解决了传统锻造引气管机械加工制造周期长、刀具消耗量大、成本高等问题。
17.(3)本发明提供激光选区熔化成形05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的方法，可广泛应用于航空发动机复杂结构零部件的制造，实现05cr17ni4cu4nb不锈钢材料零件的快速成形与直接制造。
附图说明
18.图1为引气管结构示意图；
19.图2为引气管主视图；
20.图3为引气管剖视图；
21.图4为引气管激光选区熔化成形方向示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.实施例1
24.1)称量05cr17ni4cu4nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：ni 3.95％，cu 3.29％，cr 16.28％，nb 0.25％，c 0.015％，si 0.67％，mn 0.35％，p 0.018％，s 0.009％，其余为fe元素；粉末粒径为15μm
‑
53μm，其中d10为15.57μm，d50为38.46μm，d90为50.10μm；粉末空心粉含量为0.86％；
25.2)采用ug软件建立05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用magics软件对三维模型进行切片后，切片厚度为40μm，将切片文件导入激光选区熔化设备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
26.3)在氩气气体条件下将05cr17ni4cu4nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率270w，扫描
速度900mm/s，铺粉层厚40μm，相位角67
°
，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
27.4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05cr17ni4cu4nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1040℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
28.利用线切割将05cr17ni4cu4nb材料引气管从基板上切下，得到05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管。
29.采用同批成形的试样对得到的05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1207
‑
1223mpa，屈服强度达到1072
‑
1095mpa，延伸率达到16.5
‑
17.5％。
30.实施例2
31.1)称量05cr17ni4cu4nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：ni 4.04％，cu 3.42％，cr 16.08％，nb 0.27％，c 0.012％，si 0.62％，mn 0.39％，p 0.016％，s 0.013％，其余为fe元素；粉末粒径为15μm
‑
53μm，其中d10为15.82μm，d50为39.01μm，d90为50.50μm；粉末空心粉含量为0.81％；
32.2)采用ug软件建立05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用magics软件对三维模型进行切片，切片厚度为40μm，将切片文件导入激光选区熔化设备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
33.3)在氩气气体条件下将05cr17ni4cu4nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率260w，扫描速度800mm/s，铺粉层厚40μm，相位角67
°
，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
34.4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05cr17ni4cu4nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1050℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
35.利用线切割将05cr17ni4cu4nb材料引气管从基板上切下，得到05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管。
36.采用同批成形的试样对得到的05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1198
‑
1224mpa，屈服强度达到1078
‑
1090mpa，延伸率达到16.5
‑
17.0％。
37.实施例3
38.1)称量05cr17ni4cu4nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：ni 3.95％，cu 3.33％，cr 16.31％，nb 0.22％，c 0.018％，si 0.62％，mn 0.34％，p 0.015％，s 0.009％，其余为fe元素；粉末粒径为15μm
‑
53μm，其中d10为15.68μm，d50为38.57μm，d90为50.34μm；粉末空心粉含量为0.79％；
39.2)采用ug软件建立05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用magics软件对三维模型进行切片，切片厚度为30μm，将切片文件导入激光选区熔化设
备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
40.3)在氩气气体条件下将05cr17ni4cu4nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率280w，扫描速度1000mm/s，铺粉层厚30μm，相位角67
°
，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
41.4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05cr17ni4cu4nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1040℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
42.利用线切割将05cr17ni4cu4nb材料引气管从基板上切下，得到05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管。
43.采用同批成形的试样对得到的05cr17ni4cu4nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1202
‑
1228mpa，屈服强度达到1074
‑
1093mpa，延伸率达到16.5
‑
17.5％。
44.以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。